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实验一 二氧化碳P-V-T关系测定及临界状态观测实验

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实验一 二氧化碳P-V-T关系测定及临界状态观测实验 Experiment of CO2 一、实验目的 1、解CO2临界状态的观测方法，增加对临界状态概念的感性认识； 2、加深对课堂所讲的有关工质的热力状态、凝结、汽化、饱和状态等基本概念的理解； 3、掌握CO2的p-v-T关系测定方法，学会用实验测定实际气体状态变化规律方法及技巧； 4、学会活塞式压力计、恒温器等部分热工仪器的正确使用方法。

二、实验内容 本实验内容包括以下三个部分： 1、测定CO2的p-v-T关系，在p-v图上画出低于临界温度（20t℃）、临界温度（1.31t℃）及高于临界温度（50t℃）的三条等温线，并与标准实验曲线及理论计算值相比较，分析产生差异的原因； 2、测定CO2在低于临界温度时（t20℃、25℃及27℃）饱和温度与饱和压力的关系； 3、观测临界现象 1）临界状态附近气液两相分界模糊的现象； 2）气液整体相变现象； 3）测定CO2的ct、cp、cv等临界参数，并将实验所得的

cv值与由理想气体状态方程及范德瓦尔方程所得的

理论值相比较，简述产生差异的原因。 三、实验原理 简单可压系统处于平衡状态时，其状态参数压力p、比容v、温度T之间存在着确定的关系，即状态方程为 0),,(TvpF （1） 或 ),(Tvfp （2） 当保持T不变时测定比容与压力的对应数值，可获得到等温线数据，从而可作出P-V图。 在低于临界温度时，实际气体的等温线有气液相变的直线段，而理想气体的等温线是正双曲线，任何时候也不会出现直线段。只有在临界温度以上，实际气体的等温线才逐渐接近理想气体的等温线。所以理想气体的理论不能解释实际气体的气液两相转变及临界状态。 CO2的临界压力为barpc87.73，临界温度为1.31Ct℃。在低于临界温度时，等温线出现气液相变的直线段，如图1所示。9.30t℃是恰好能压缩得到液体CO2的最高温度。在临界点附近出现气液分界模糊的现象。在临界点温度以上的等温线具有斜率转折点，直到48.1℃才成为均匀的曲线（图中未标出）。 1973年范德瓦尔首先对理想气体状态方程式提出了修正，他考虑了气体分子体积和分子之间的相互作用力的影响，提出如下和修正方程：

TRbvvapg))((2 （3） 或写作 0)(23abavvTRbppvg （4） 范德瓦尔方程虽然也还不够完善，但它反映了物质气液两相的性质及两相转变的连续性。 本实验就是根据方程（2），采用定温实验的方法来测定CO2的p-v之间关系，从而得出CO2的p-v-T关系，并观测其临界现象。

四、实验设备及数据测量 1、整个实验装置由试验本体、活塞式压力计、及恒温器三大部分组成，如图2。

实验设备相关参数见表1（注：有些设备参数可能与表中有不同，请学生自行记录）。

表1设备规格 仪器 型号 量程 精度 压力表校检器 CJ-50 1～60MPa

标准压力表 59-08434 0～100Kgf/m2 1/6Kgf/m2 2、试验台本体如图3所示。 3、实验中由压力台送来的压力油进入高压容器和玻璃杯上半部，迫使杯中水银进入预先装有CO2气体的承压玻璃管。CO2被压缩，其压力和容积通过压力台上活塞杆的进退来调节，温度则由恒温器供给的水套里的水温来调节； 4、实验工质CO2的压力由装在压力台上的压力表读出（若要提高精度考虑水银柱高度的修正）。 5、工质温度则由插在恒温水套中的温度计读取。 6、工质比容首先由承压玻璃管内CO2的高度来度量，而后根据承压玻璃管内径均匀、截面积不变等条件换算获得，这种方法称为质面比法。 下面介绍测定承压玻璃管内CO2比容的质面比法： 由于充入承压玻璃管内的CO2质量不便于测定，而玻璃管内径或截面积也不易准确测量，因而实验中采用间接方法来确定比容：认为CO2比容与其在承压玻璃管内的高度之间存在线性关系，具体作法示例如下： 已知CO2液体在某一状态下的比容值（可由表2获得）。 例如：T=20℃、p=100atm时，v=0.00117m3/kg； 1.高压容器 2.玻璃杯 3.压力油 4.水银 5.密封填料 6.填料压盖 7.恒温水管 8.承压玻璃管 9.CO2空间 10.温度计 图3二氧化碳p-v-T关系实验台本体结构图

表2二氧化碳液体比容的部分数据（单位：m3/kg）

压力（atm） 温度（℃） 0 10 20 30 测定该实验台CO2在上述状态下的液柱高度，记为*h

（m）； 由比容的定义及（1），有

∵ T=20℃、p=100atm时, 00117.0*mAhv

（ m3/kg） ∴ khAm00117.0* （kg/ m2） 则任意温度、任意压力下，CO2的比容为 khAmhv （m3/kg）

式中0hhh为任意温度压力下二氧化碳液柱的高度, h-任意温度压力下水银柱的高度；

40 0.001069 —— —— —— 50 0.001059 0.001147 —— —— 60 0.001050 0.001129 0.001276 —— 80 0.001035 0.001101 0.001212 0.001407 100 0.001022 0.001086 0.001170 0.001290 0h-承压玻璃管内径顶端刻度。 五、具体实验步骤 1、按照实验原理图装好实验设备，并开启实验本体上的日光灯； 2、将蒸馏水注入恒温器内，注到水面离顶盖2～3㎝为止。检查并接通电路，开动电动泵，使水循环流动； 3、使用恒温器调节温度； 1）转动电接点温度计顶端的帽形磁铁，调节凸轮示标，使其上端面与所要调定的温度要一致。调好后要将帽形磁铁用横向镙钉锁紧，以防转动； 2）视水温情况开关加热器，当水温未达到所要调定的温度时，恒温器指示灯亮；当指示灯灭时表明水温已达到所需设定的恒温； 3）观察玻璃水套上的两个温度计，若二者读数相同，且恒温器的温度计与电接点温度计标定的温度一致（或基本一致）时，则可认为承压玻璃管内CO2的温度处于所标定的温度。 4）当需要改变试验温度时，重复1）～3）即可。 4、加压前的准备 1) 由于压力台的油缸容量比主容器的容量小，需要多次从油杯里抽油，再向主容器充油，才能在压力表上显示压力读数。压力台抽油、充油的操作过程非常重要，若操作失误，则不仅加不上压力，还会损坏试验设备，所以务必严格按照操作步骤进行： 2）关闭压力表及进入本体油路的两个阀门，开启压力台的油杯进油阀； 3）摇退压力台上的活塞螺杆，直至螺杆全部退出，这时压力台油缸中就充满了油； 4）先关闭油杯阀门，然后开启压力表，摇进螺杆，使压力表中的读数与二氧化碳空间中的压力相近后，再开启进入本体油路的阀门； 5）摇进活塞螺杆，给本体充油，如此交替直到压力表有压力读数为止。 6）再次检查油杯阀门是否关好，压力表及本体油路阀门是否开启，若均已稳定即可进行实验。 7）由于压力较低时，实验本体中的水银柱液面还位于下面，无法读数，因此需要预先施加一定的压力，使得水银柱到达可读数的区域，一般压力大约在35～40atm时即可读取水银液面的高度。 5、实验中原始数据的记录 1) 设备数据的记录（仪器的名称、型号、规格、量程、精度）； 2) 常规数据的记录（室温、大气压、实验环境等）； 3) 实验相关的其它初始数据的记录； 6、需测定的数据 （详见八） 1) 测定低于临界温度时的定温线（20t℃），并记录下该温度下的饱和点数据； 2) 测定25t℃、27t℃时饱和点数据； 3) 测定临界温度t=31.1℃时的等温线及临界参数，并观察临界现象； 4) 测定高于临界温度时的等温线（t=50℃） 7、实验注意事项： 1) 做各条定温线时，实验压力p≤100atm，实验温度t≤50℃； 2) 一般情况下压力间隔可取为2~5atm，但在接近饱和状态及临界状态时，压力间隔应取得较小些，可取为0.5atm。在实际操作过程中，可参照标准实验曲线来具体确定。（在汽液共存区，由于压力变化很小，这时可按水银柱位置的变化来适当取数据间隔。） 3) 实验中读取水银柱液面高度h时要注意，应使视线与水银柱半圆形的液面中间平齐。 4) 实验中要特别注意：加压与降压过程一定要缓慢进行，并请思考这是为什么？特别是降压过程必须严格操作规程，按照与加压相反的顺序，逐渐将压力降下去，操作中严格禁止违反操作规程。 六、实验准备及预习要求

预习要求：详细阅读本实验指导书，达到 1）熟悉本实验目的及基本原理，清楚什么是质面比方法 2）清楚实验的基本操作步骤 3）清楚本实验要测定哪些参数 七、实验数据测量及现象观测 （一）测定低于临界温度时的定温线（20t℃） 1、使用恒温器调定温度，并保持恒温 2、压力记录从40atm开始，当玻璃管内水银柱升起来后，应足够缓慢地摇进活塞螺杆，以保证定温条件，否则来不及平衡，读数不准； 3、按照适当的压力间隔取值，直到P=100atm；（注：在汽液共存区，由于压力变化很小，这时可按水银柱位置的变化来适当取数据间隔。） 4、由于在20t℃时需要测定质面比，参照表2中二氧化碳液体比容的数据，测定相应压力下的所需要数据。 5、注意加压后CO2的变化，特别注意饱和温度与饱和压力的对应关系，液化、汽化等现象。要将所测得的实验数据及观察到的现象一并填入实验报告中； （二）测定25t℃及27t℃时饱和温度与饱和压力的对应关系； （三）测定临界等温线及临界参数，并观察临界现象（t31.1℃） 1、依照上述（一）中所述方法测定临界等温线，并在该曲线拐点处找出临界压力cp及临界比容cv，并将数据填入数据表中； 2、临界现象观测： 1）整体相变现象： 在临界温度以下时的等温线测定实验中我们可以看到，相变表现为一个逐渐积累的渐变过程，需要一定的时间。然而在临界点时，由于汽化潜热等于0，饱和汽线与饱和液线合于一点，所以此时汽液的相互转变是个突变过程，当压力稍有变化时，汽、液以突变的形式相互转化。 2）汽液两相模糊现象

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实验五 二氧化碳临界状态观测及p-v-t关系.com

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二氧化碳临界状态观测及PVT关系测定实验一、实验目的1、观察CO2临界状态现象，增加对临界状态概念的感性认识。

2、加深对纯物质热力学状态：汽化、冷凝、饱和态和超临界流体等基本概念的理解；测定CO2的PVT数据，在P-V图上绘出CO2等温线。

3、学会活塞式压力计，恒温器等热工仪器的正确使用方法。

二、实验原理纯物质的临界点表示汽液两相平衡共存的最高温度（Tc）和最高压力（Pc）点。

纯物质所处的温度高于Tc，无论压力大小，都不存在液相；压力高于Pc，无论温度高低，都不存在汽相；同时高于Tc和Pc，则为临界区。

本实验测量T>Tc，T=Tc，T<Tc三种温度条件下的等温线。

T>Tc等温线为一条光滑曲线；T=Tc等温线，在临界压力附近有一水平拐点，并出现汽液不分现象；T<Tc等温线，分为三段，中间一水平线段为汽液共存区。

对纯流体处于平衡状态时，其状态参数P、V、T存在一下关系：F（P,V,T）=0或V=f（P,T）由相律，纯物质在单相区内的自由度为2，当温度一定是，体积随压力而变；在两相区，自由度为1，温度一定，压力一定，饱和液体和饱和蒸汽体积一定。

本实验就是利用定温的方法测定CO2的P和V之间的关系，获得CO2的P-V-T数据。

三、实验装置、流程和试剂整个实验装置由压力台、恒温器和实验台本体及其防护罩等三大部分组成（如图1所示）。

图1. 试验台系统图图2. 试验台本体实验中，由压力台油缸送来的压力油进入高压容器和玻璃杯上半部，迫使水银进入预先装由高纯度的CO2气体的承压玻璃管（毛细管），CO2被压缩，其压力和容积通过压力台上的活塞杆的进、退来调节。

温度由恒温器供给的水套里的水温调节，水套的恒温水由恒温浴供给。

CO2的压力由装在压力台上的精密压力表读出（注意：绝压=表压+大气压），温度由插在恒温水套中的温度计读出，比容由CO2柱的高度除以质面比常数计算得到。

试剂：高纯度二氧化碳。

四、实验步骤1、按图1装好实验设备。

二氧化碳临界状态观测及P-V-T关系测定实验演示教学

二氧化碳临界状态观测及P-V-T关系测定实验演示教学

二氧化碳临界状态观测及P-V-T关系测定实验实验报告评分13系 07级第二大组实验室力一楼日期2010-03-24姓名钟伟PB07013076实验题目：二氧化碳临界状态观测及P-V-T关系测定实验CO临界状态的观测方法，增加对临界状态概念的感性认识实验目的：了解2加深对课堂所讲的工质热力状态、凝结、汽化、饱和状态等基本概念的理解CO的p-v-t 关系的测定方法，学会用实验测定实际气体状态变化规律的方掌握2法和技巧学会活塞式压力计、恒温器等热工仪器的正确使用方法。

实验原理和装置:整个实验装置由压力台、恒温器和试验台本体及其防护罩等三大部分组成（如图所示）。

试验台本体如图所示。

对简单可压缩热力系统，当工质处于平衡状态时，其状态参数p、v、t之间有：()0fE或()v pt,= (1)t,,=vp本试验就是根据式（1），采用定温方法来测定2CO 的p-v 之间的关系，从而找出2CO 的p-v -t 关系。

实验中，由压力台送来的压力油进入高压容器和玻璃杯上半部，迫使水银进入预先装了2CO 气体的承压玻璃管，2CO 被压缩，其压力和容积通过压力台上的活塞杆的进、退来调节。

温度由恒温器供给的水套里的水温来调节。

实验工质二氧化碳的压力，由装在压力台上的压力表读出。

温度由插在恒温水套中的温度计读出。

比容首先由承压玻璃管内二氧化碳柱的高度来测量，而后再根据承压玻璃管内径均匀、截面不变等条件换算得出。

实验步骤：1. 按图1装好试验设备，并开启试验本体上的日光灯2. 恒温器准备及温度调定① 将蒸镏水注入恒温器内，注至离盖30~50mm 。

检查并接通电路，开动电动泵，使水循环对流。

图 21 – 高压容器2 – 玻璃杯3 – 压力油4 – 水银5 – 密封填料6 – 填料压盖7 – 恒温水套8 – 承压玻璃管9 – CO2空间 10 – 温度计。

恒温水恒温水②旋转电接点温度计顶端的帽形磁铁，调动凸轮示标，使凸轮上端面与所要调定的温度一致，再将帽形磁铁用横向螺钉锁紧，以防转动。

二氧化碳实验

二氧化碳实验

二氧化碳的pVT 关系测定和临界状态观测【实验目的】1． 学习流体pVT 关系的实验测定方法，加深理解流体pVT 状态图pV 图的特点和气液相变、饱和蒸气压、沸点的意义。

2． 通过CO 2临界状态的观测，增强对气液临界现象的感性认识，理解临界参数的重要意义。

3． 学习活塞式压力计的正确使用。

【实验原理】对于物质的量确定的系统，当处于平衡状态时，其状态函数p 、V m 、T 之间存在关系：m (,,)0f p V T ，该方程描述的物质状态图是以p 、V m 、T 为坐标的立体曲面。

在不同温度下截取恒温剖面，相交曲线投影在p -V m 平面上，可以得到由一族恒温线组成的p -V m 图，如图1所示。

它直观地表达了物质的pVT 关系。

温度较高时，等温线是一条光滑曲线；温度较低时，等温线上的有一水平线段，反映气-液相变化的特征，水平线段的两个端点（如i 和k 两点）分别代表互为共轭的饱和气体和饱和液体。

饱和气体和饱和液体的体积随温度的变化在p -V m 图上构成气液共存区的边界线，称双节线。

随着温度升高，水平线段不断缩短，饱和气体线和饱和液体线最后汇于一点（c 点），即临界点（Critical point ）。

临界点的温度、压力和体积分别称临界温度T c 、临界压力p c 和临界体积V c ，是物质固有的特征参数。

温度低于T c 是气体液化的必要条件。

温度、压力高于临界点的流体称超临界流体，其应用技术是目前研究的热点。

图1 CO 2的p - V m 图本实验测定CO 2的一系列等温线，观测气-液相变和临界现象。

实验装置如图2所示，由活塞式压力计、超级恒温槽和试验台本体及其防护罩等几部分组成。

试验台本体如图3所示。

图3 试验台本体示意图1—高压容器；2—玻璃杯；3—压力油；4—水银；5—密封填料；6—填料压盖；7—恒温水套；8—承压玻璃管；9—CO 2；10—温度计实验中由活塞式压力计送来的压力油进入高压容器和玻璃杯上半部，迫使水银进入预先装了CO 2气体的承压玻璃管中，CO 2被压缩，其压力和容积通过活塞式压力计上的活塞杆的进、退来调节。

二氧化碳气体P-V-T关系的测定

二氧化碳气体P-V-T关系的测定

体 P-V-T 关系的测定
一、实验目的 1. 了解 CO2 临界状态的观测方法，增强对临界状态概念的感性认识。 2. 巩固课堂讲授的实际气体状态变化规律的理论知识，加深对饱和状态、临界状态等
基本概念的理解。 3. 掌握 CO2 的 P-V-T 间关系测定方法。观察二氧化碳气体的液化过程的状态变化，及
（4）利用质面比常数 值间接测量二氧化碳的比体积 由于充进承压玻璃管内二氧化碳的质量不便测量，而玻璃管内径或截面积（ ）又不易 测准，因而实验中是采用间接的方法来确定二氧化碳的比体积，认为二氧化碳的比体积与其 高度是一种线性关系，具体如下方法： 已知二氧化碳液体在 ℃，100at 时的比体积 a）已知 CO2 的液体在 20℃，100ata 时的比容。v(20℃ l00ata)=0.00ll7m3/mg。
经过临界状态时的气液突变现象，测定等温线和临界状态的参数。 4.学会活塞式压力计，恒温器的热工仪器的正确使用方法。
二、实验任务 1．测定 CO2 气体基本状态参数 P-V-T 之间的关系，在 P—V 图上绘制出 t 为 20℃、31.1
℃、40℃三条等温曲线。并与标准实验曲线及理论计算值相比较，并分析其差异原 因。 2．观察饱和状态，找出 t 为 20℃时，饱和液体的比容与饱和压力的对应关系。 3．观察临界状态，在临界点附近出现气液分界模糊的现象，测定临界状态参数。 4．根据实验数据结果，画出实际气体 P-V-t 的关系图。
由于承压玻璃管（毛细管）内 CO2 质量不便测量，承压玻璃管（毛细管）内径或截 面积（A）又不易测准。本实验采用间接办法来确定 CO2 的比容。假定承压玻璃管（毛
1） 临界乳光现象 将水温加热到临界温度（31.1℃）并保持温度不变，摇进压力台上的活塞螺杆使压力升 至上 7.8MPa 附近出，然后摇退活塞螺杆（注意勿使实验本体晃动）降压，在此瞬间玻璃管 内将出现园锥状的乳白色的闪光现象，这就是临界乳光现象。这是由于二氧化碳分子受重力 场作用沿高度分布不均和光的散射所造成的，可以反复几次，来观察这一现象。2）整体相 变现象 2）整体相变现象 由于在临界点时，气化潜热等于零，饱和气相线和饱和液相线合于一点，所以这时气液 的相互转化不是像临界温度以下时那样逐渐积累，需要一定的时间，表现为一个渐变的过程，